滅霸力氣有多大?鋼鐵俠戰衣有多重?科學家是這樣看漫威的

你對漫威中的科學瞭解多少?打住,這裡問的並不是什麼非洲科技大國瓦坎達,而是從漫畫中發現的科學問題,例如能輕鬆捏碎宇宙魔方的滅霸,力氣能有多大?

灭霸力气有多大?钢铁侠战衣有多重?科学家是这样看漫威的

馬薩諸塞州理工學院土木工程博士Steven W. Cranford通過模擬宇宙魔方的強度,估算了滅霸的力量,並將結果發表到了Nature物理博客上。首先他認為宇宙魔方並不是普通的立方體,而是一種超立方體,也就是立方體的四維類似物。

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(立方體中包含立方體)

基於這個概念,Cranford通過建模軟件開始嘗試構建宇宙魔方,並使用了一種,目前僅理論上存在的世界最強材料「碳炔」作為構建魔方的素材,據說它的強度是鑽石的40倍。通過調整組合,他構建出了一個邊緣稍微彎曲的超立方體,並稱其「超立方炔」。

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雖然單個超立方炔在模擬測試中表現出的強度並不高,但把數十億個它,像樂高積木一樣連接在一起,它的強度就會飆升到科幻片的層次。以邊長為6英寸的宇宙魔方為例,Cranford計算出想要捏碎由立方炔組成的它需要42000噸的力量,而普通人的握力才50公斤,這個概念相當於滅霸的握力比正常人大750000倍,進步一估算,滅霸最少可以舉起50000噸的重量。

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我們再「誇張」的假設一下,鋼鐵俠的某套裝甲可以提升其握力1000倍,那麼鋼鐵俠的握力則是50噸,需要840套這樣的戰衣才能抗住滅霸的隨手一握。所以你不得不承認,能接住滅霸一拳的美隊,真的很史蒂夫·五五開。

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(影視作品中的Mark2)

以1963年時出版的戰衣為例。首先要估算出鋼鐵俠戰衣的表面積,James的計算思維很簡單,把鋼鐵俠本人看成一個圓柱體,而他的四肢和頭看做四個小圓柱體。那麼身高6英尺,衣服為50碼的史塔克,戰衣的總表面積就是26200平方釐米。

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然後目測鋼鐵俠的戰衣厚度為8分之一英寸,也就是0.3175釐米,而盔甲的面積需要乘一下厚度,就能得出一個大致的體積:8400立方厘米。剩下來只要知道材質與其密度,重量就能估算的八九不離十,例如鐵材料的戰衣重:67千克,鈦合金材料會輕一些,大約:37千克。

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關於漫威設定中,最大的懸案之一還有:「蟻人的力氣,在變小後是怎麼保持和正常人類一樣的」,James利用物理學也找到了答案。

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他首先確定了一點:那就是蟻人的密度始終沒變,這也就意味著質量一定是隨著身體一起縮小的。例如在《驚異故事》第37期中,蟻人因為質量小而被吸入吸塵器,另外他還能乘騎老鼠。

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但問題是,他是怎麼擁有成年人的力量,並打破了吸塵袋逃出生天的。這就相當於個能一拳打翻成年人的超級英雄,卻會有可能被一輛玩具車撞死,很不合理。

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James從人力的來源開始分析。首先力量來源自肌肉與骨骼一起組成的槓桿結構,例如前臂、肘部、肱二頭肌三人組。

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所以從肌肉比例上就不難分析蟻人變小後到底擁有多大的力量。以普通人類為準,如果他的縮小到人體的1%,那麼他的肌肉產生的力量就要縮減為原來的0.0001。那麼正常人來說一拳能打出200磅的拳力,蟻人的一拳也就0.02磅。

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但問題是,揮動拳頭與扔東西不同,如果要觀察傷害輸出,那麼還要考慮拳頭的橫截面帶來的壓強。

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這樣一計算就明朗了。蟻人的拳頭要比正常人小很多,假設手部約為1毫米寬,那麼橫截面只有0.0005平方英寸,他出拳時產生的「單位面積受力」,是兩者相除,即為每平方英寸40磅力,這顯然能夠幫助它脫困。

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有趣的是,我們可以對比一下,結合前文所說,正常一拳的力量是200磅力,同時正常拳頭的橫截面是5平方英寸,那麼結果每平方英寸所受的壓力也是40磅。換言之,在這一拳上,雖然力量變小了,但螞蟻大小的蟻人確實揮出了與正常人大小不相上下的效果。

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而James最常討論的超級英雄是蜘蛛俠,因為蛛絲的使用與物理學有著緊密關聯。例如他在樓宇間盪來盪去,蛛絲真的不會斷麼?

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James Kakalios的切入點是兩方面:蛛絲的承重,與蛛絲能夠承受多少力。通過蜘蛛俠的一貫走位風格不難看出,蛛絲在蜘蛛俠的走位過程中受到了兩種力,自身體體重產生的拉力,與漂移改變自身方向產生的向心力。

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於是假設蜘蛛俠常用的蛛絲長度為200英尺,擺盪耳朵速度50英里/小時,體重大約是73千克,根據向心力加速度公式a=v²/R ,James計算出拉住身體需要160磅力,而為了讓直線運動軌跡變成圓周運動軌跡,蛛絲還需要額外提供135磅力的力,因此總計約為300磅的力。

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所以蛛絲抗的住麼?如果是純粹的蛛絲,那絕對沒有問題。正常的蛛絲能夠承受每平方釐米20000磅力的壓強,換句話說,蜘蛛俠噴出的蛛絲只要截面超過1釐米,就能承受10噸的重量,而以蜘蛛俠的出貨量來看提起600磅都沒問題。

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甚至「由蛛絲編成的繩子只需要有鉛筆那麼粗,就可以阻止戰鬥機在航母上降落」。所以說蜘蛛絲縫合遊輪、攔截高鐵這些場面看著很科幻,其實也是遵循基本法的。

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另外James最得意的推理是關於「漫威史上最大冤案之一」的計算,那就是蜘蛛俠竟然親手殺死過自己的女友,然後反派竟然替主角背了近30年的黑鍋。這段故事發生在《神奇蜘蛛俠》第121期,綠魔綁架了蜘蛛俠的女友格溫·斯黛西,把她帶到了喬治華盛頓大橋的頂端,然後一不小心推了下去。

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關鍵時刻蜘蛛俠射了一灘蛛絲,接著「咔嚓」一聲,幫助斯黛茜停止了墜落。

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誰成想,溫格還是死了。而對於如何死的,很多讀者都有不同解讀,漫畫中綠魔強行背鍋,對蜘蛛俠說「從那麼高的地方摔下去,不管是誰都死定了,根本不用撞擊到地面」。

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在James看來顯然不是這麼回事,真正導致死亡的根本不是墜落,而是驟停。首先要了解一個關鍵問題:蜘蛛俠射出的蛛絲拉住溫格時承受了多大的力?

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(感覺過程有點像悠悠球)

要知道,這個力越大,溫格在空中減速所花費的時間也就越少,也就是急停剎車越快。當然這個力越大越危險,就像安全氣囊很柔軟,但瞬間的彈射力依然能夠把人擊暈。根據這個關係,這個力其實包含在溫格停頓瞬間產生的「衝量」裡,也就是力對時間的積累效應,用公式表達為F*t=m*(v2-v1)。這裡F就是我們所求的力,t是減速所花費的時間,m則是妹子的體重,v2-v1則代表速度的變化,也就是:

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接下來直接計算就好。首先比較難確定的是「速度的變化量」,據漫畫視角,溫格被拉住的位置大概是距離橋頂300英尺左右的地方,根據重力與掉落距離計算下來墜落速度是95英里/小時。那麼速度的變化量就是:95英里/小時-0英里/小時=95英里/小時。

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接著假設妹子體重110磅,也就是50千克,蜘蛛絲讓其靜止的時間是0.5秒,所產生的力就是970磅,也就是用了溫格體重10倍的力,才讓她停止墜落。相當於什麼概念呢?那就是蜘蛛俠射出蛛絲拉住溫格的效果與讓她直接pia唧一聲摔到水面基本上沒區別。換句話說,溫格就像大多數落水者一樣,在被蛛絲的力量拯救時,咔嚓一下「摔斷了」脖子。

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蜘蛛俠在之後的故事中也改變了自己的救人方式。《蜘蛛俠:極限》第2期中同樣是墜樓,蜘蛛俠的做法是和他保持相同速度達到相對靜止,然後抱住,自己再用蛛絲位移。

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很多人覺得用現代科學去理解一個充斥著魔法、科幻、異能的漫畫世界,歸根結底是一種很奇葩的行為,例如沒什麼科學能解釋奇異博士這一茬。但James對此卻不以為然。在他看來,這是一種很好的思維鍛鍊方式與科普機會,作為一個忠實的漫畫粉絲,他從來都不會停止對漫畫設定上的理性思考,而這種思考將讓更多人有所啟發。

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(雖然用魔法但一直在畫數學分形的奇異博士)

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